亭子口水电厂制动装置现状分析与改进

(嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司，四川 苍溪，628400)

1 制动装置现状

亭子口水电站制动器(风闸)由哈尔滨市动力发电配件有限公司生产，型号为TZKZD280I，活塞行程40mm，制动气压为0.7MPa，顶起油压为13MPa。风闸本体分为三个腔：复位腔、制动腔和顶起腔。

它的投入方式有两种，一种是经压力油泵(顶转子油泵)通过顶起孔供给风闸装置压力油投入风闸，将发电机转子部分顶起，这种情况只有在机组检修后或停机备用时间过长需顶转子时才使用；另一种是经制动气系统通过制动孔供给风闸装置投入顶起发电机转子部分进行制动，分为自动制动与手动制动，这种方式只在机组停机过程中使用。

2 制动装置安全稳定性分析

2.1 制动风闸的作用

水电厂水轮发电机组的风闸主要作用于机组停机过程中，当转速降到15%Ne～20%Ne(额定转速)左右时，投入制动风闸使机组迅速静止，防止机组惰性停机而烧坏轴瓦，有的还可以在机组检修后或停机备用时间过长时，将转子部分顶起使机组推力轴承充分建立油膜，因此在水轮发电机组中风闸是一个不可缺少的部分。但是，如果在机组高速运行中投入，将会造成严重的后果，转子制动时由于局部高温而断裂，碎片会损伤定子线棒，机组转动部分由于风闸的投入受到一个突然较大的机械阻力，造成转动部分以及相关轴瓦的损坏，情况恶劣的会引起机组火灾等事故。因此，制动风闸不仅仅是简单的接点信号返回，动作命令下发，在细节处理和流程执行条件把握上应该给予更多的思考。四川省二滩水电厂5#发电机就因运行中风闸异常顶起，造成机组发生火灾事故，直接经济损失上百万元，教训值得深思。

2.2 制动风闸误动和拒动

制动风闸的误动主要有以下原因：(1)流程编写不严谨，导致出现误动；(2)开出模块故障造成误动；(3)继电器接点抖动出现误动；(4)回路接线错误出现误动。

制动风闸拒动主要有以下原因：(1)流程编写不严谨造成拒动；(2)开出模块故障造成拒动；(3)继电器损坏造成拒动；(4)电磁铁、电磁阀故障造成拒动；(5)油气管路堵塞造成拒动。

2.3 制动装置存在的隐患

亭子口水电站制动装置制动电磁阀为两位三通电磁阀(图1)，只有P、Q两个位置，存在风闸的误动风险，严重时直接导致机组制动环磨损，风闸损坏，产生大量烟尘，造成机组强迫性检修和惨重经济损失。

制动装置风闸控制是采用排气与加气同时进行的控制方式，这种控制方式对气管路要求较高，如果风闸盘根密封稍差，风闸就会出现串气现象，使制动与复归气压力达到平衡，复归管路依然有一定压力，造成机组开机条件不满足。

图1 机组制动装置

3 改进措施

通过对制动风闸系统的分析，建议可以做以下改进：

3.1 完善流程的执行判断条件。对投风闸、撤风闸的执行条件进行更为细致的论证；同时，增加机组运行过程中风闸误投后立即撤除风闸的程序流程，最大限度地保护运行中的设备安全。

3.2 采用高可靠性、高性能的开出模件和继电器。继电器可考虑采用并联冗余的方式，开出继电器增加开出使能环节，从而增加制动风闸动作的可靠性。

3.3 检修作业中增加制动系统电气回路检查环节，防止由于接线错误引起的设备误动拒动。

3.4 对低压气管路加装气压传感器，对压力异常的情况，通过监控系统进行报警，以及时提醒维护人员现场处理。

3.5 为防止出现机组运行过程中，由于转速测量信号直接消失，导致的系统误认为机组转速低于20%Ne投风闸的故障发生，在投制动风闸的流程执行中，应加入机端频率、导叶开度等必要的判断条件。

3.6 将制动电磁阀与复归电磁阀由两位三通电磁阀改造成三位三通电磁阀。

3.7 开机流程中加入制动腔排压——制动腔无压——复归腔加压——12风闸已复归——流程继续。在流程中增加风闸判定条件，首先判定风闸制动腔无压，再给复归腔一个压力，使风闸落下，然后判定所有风闸落下后再进行开机流程，使制动系统更加安全、有效(见图2)。

图2 加入制动腔排压流程

4 结语

通过改进制动装置和控制模式，优化机组控制流程，即使在有个别风闸出现串腔的情况下，制动装置仍能可靠动作。同时也说明风闸与风闸集控装置存在配合关系，风闸的集控装置安全、可靠的控制逻辑，对风闸的准确动作有较大影响。在水轮发电机机组体积越来越巨型、功率越来越高的形势下，制动风闸系统应该在未来的发展中具备更高的系统要求和控制精度。随着时间推移，发电机电气制动系统的技术运行成熟，越来越多的发电机会采用电气制动与机械制动相结合的方式，以在最优最快的方式下实现机组的快速控制。与电气制动方式的配合关系，也是制动风闸系统在现代化智能电站中的重点发展方向。

〔1〕王中原.水轮发电机风闸误投原因分析及处理.水电站机电技术，2004，(1).

〔2〕纪文玉.水电厂机组风闸制动系统改造.广西电力，2012，(4).